学文网摘 要 地理模拟系统是地理学研究的一种技术手段，是对地理环境进行虚拟研究的一项重点研究项目。地理系统具有的复杂性特点决定了地理系统的研究也呈现复杂化。地理系统模型作为地理研究的一种空间系统，是地理学科研究的技术关键点。文章对地理系统模拟进行介绍，在此基础上讨论地理系统模拟基本模型的要素和模型框架，研究地理系统模型的原理和重点技术，旨在为地理系统模型的研究提供一定的借鉴。
关键词 地理系统模拟；系统动力学；智能体；元胞自动机
中***分类号：P9 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）22-0075-01
地理学科涉及面广，影响因素较多，地理系统的复杂性使得地理系统的研究也需要采用相对复杂的方法。虚拟地理系统为地理学科的研究开辟了一条新的研究思路和研究方法，地理系统模拟基本模型是一个虚拟地理环境空间的综合性系统，国内外地理学科的专家学者都对此进行重点的研究并取得了可喜的成果。地理学科研究所面临的重点问题就是空间系统的复杂性研究，地理系统模拟基本模型的开发和研究是地理学科研究的主要方向。
1 地理系统模拟概述
地理模拟系统是在计算机系统的构建的基础上来进行模型的开发和集成。地理系统模拟从地理系统的整体出发，从多个角度对地理要素进行分析，对地理整体的结构和功能进行分析，在此基础上进行模拟系统的构建，是融合了数学模型和计算机技术等多种技术手段对地理系统进行空间上的虚拟，达到实验、观察和研究的目的。对于地理系统研究来说，其最大的难点在于如何从复杂的地理要素中选取重要的影响因子，并对因子进行量化、指标体系、模型建立与检验、动态预测等一系列的研究。随着科技的进步，和地理研究的深入，地理学领域的专家和学者开发出一系列地理学研究的方法，如系统动态学、元胞自动机、遗传算法等多种方法和手段，广泛的应用在地理研究中，对于地理系统模拟的发展发挥了重要的推动作用。
2 地理系统墨迹基本模型要素
2.1 系统动力学
系统动力学（SD）是一门研究系统动态复杂性的科学。SD以现实的世界存在为前提条件，以存在整体为基本出发点探索能够改善系统行为的手段和方法，是在系统实际观测信息的基础之上建立起来的一种动态仿真模型。系统动力学将多个子系统建立成一个具有因果关系的网络系统，着重于研究系统整体及整体之间的关系，采用建立流***和建立方程式的方法进行计算机的仿真试验。系统动力学模型的特点在于在历史数据的计算和未来预测的基础上进行信息反馈。其缺点在于缺乏有效的空间数据表达，这对于地理系统模拟中的整体及各子系统的反馈，包括变量反馈都是不可或缺的，具有非常重要的作用。
2.2 元胞自动机
元胞自动机（CA），是在一个有限的规则格网中的每一元胞取有限的离散状态，在同一规则的作用下进行同步更新，大量的元胞通过相互间的简单的作用形成系统的动态演化。CA与普通的动力学模型不同，它是由多个模型构造规则构成的模型，只要模型满足于这些规则都属于CA模型的范畴。CA在整体的反馈方面表现较弱，其侧重的是局部的规则演化，只有很少的计算方程。CA模型的复杂性特点与地理系统的复杂变化相适应，这是因为有些地理过程无法量化，这就可以采用规则来说明。CA模型的特点使其在地理系统模拟基本模型中占据了重要地位，但是CA也具有一定的缺陷，其反馈能力较弱无法对个体与整体之间的相互影响进行判断。
2.3 智能体模型
智能体模型（AB）是对***的个体行为进行模拟或者对个体间的互动进行模拟的一种计算模型，其特点在于能够对个体对整体的影响作用进行了解，是多种思想的集中体。智能体模型对若干个个体的行动和个体间的互动进行模拟，目的在于对某些复杂的现象所具有的特征进行预测或者重现，可以说智能体模型的关键就在于通过简单的行为规律来进行复杂行为的生成。智能体模型中的个体不仅可以移动，而且能够同环境之间实现信息交换，还能够对群体的变化进行跨区域的感知。其可移动性是地理系统模拟基本模型的必备要素。
3 地理系统模拟模型框架
3.1 模型的集成
在地理信息系统、系统动力学、元胞自动机、智能体模型之间实现无缝贯通是能够实现的，地理系统模拟基本模型的集成框架和个原理层的对接如***1所示。
***1 地理系统模拟基本模型集成框架
GIS提供基本的地理空间框架，同时还提供属性信息和分析工具。在空间框架上，CA以元胞、邻域、邻域空闻、规则、状态等进行工作；AB与CA交互，并以其智能体、规则、行为、生命期等进行工作；SD以子系统表达模式参与CA和AB的运算。模拟过程按照SD的时间步长进行演化，四种模型同时进行工作，最终形成点、线、面的状态，重新回到空间展示可视化的模拟结果。
3.2 模型的通讯
研究表明，四种模型之间的协同工作是能够实现的，除了能够实现空间共享，还能够实现交换地理信息，也就是各个模型之间能够实现数据的交流和通讯。在GIS、CA、AB中都有空间数据和类型数据的存在，在此三者之间是可以完整的实现数据的通讯的。而在SD中没有空间数据，只存在类型数据，则SD与其它模型进行数据通信主要是属性数据直接的交换。
4 结论
本文对地理系统模拟进行概述，地理系统模拟模型经过了不断的发展和研究，已经产生了多种模型和模型组合，但是这些模拟基本模型大多以***的形式存在和应用，没有形成一个整体的集成模型。本文对这些模型的特点和优缺点进行研究和整合，尝试将其加以集成，建立一个综合GIS、SD、CA、AB的集成式地理系统模拟基本模型的框架体系，但要实现真正的集成化的地理系统模拟模型还需要更加深入的探讨和研究，以使其真正的服务于地理系统的研究，为我国的地理系统模拟基本模型的研究提供参考和借鉴。
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